2  铁氧体环行器基本理论

2。1 旋磁材料的特性 

旋磁铁氧体是一种微波频段的旋磁介质。旋磁铁氧体在微波技术中的可谓运用范围极其广泛。这些器件的性能在很大程度上取决于旋磁铁氧体材料的配方设计。微波铁氧体属于非金属性的磁性材料，微波频段的电磁波能不受阻碍的通过这类磁性介质。在恒磁场的作用下，微波铁氧体的磁导率表现为张量形式[23,24]。张量相对磁导率被定义为[11-14]：

其中和k分别为对角分量和非对角分量

    在恒磁场和交变电磁场的共同作用下，由于电场在不同方向上的磁各向异性，电场强度会发生偏移产生旋磁效应。而微波非互易器件可以由各种各样的结构组成，其原因就是铁氧体材料的的旋磁特性，使铁氧体可以在不同的外加磁场的作用下表现出不可逆的现象。结环行器就是利用这种旋磁特性，由微波传输线构成不同的微波结嵌入适当形状的横向磁化铁氧体后而组成的一种非互易铁氧体器件。

2。2 铁氧体环行器的理论分析

2。2。1 环行器基本理论

    可用一个S矩阵的方式表示出一个匹配无损耗的对称的三端口结构，其本质是环行器，

对应的散射矩阵的三个本征值为：

依照导纳与散射两个矩阵之间的的关系，对比和结合，不难推导出相应的导纳本征值：

式中是任意值，消去后可得：

导出不同形态构成的导纳本征值，参考三个低次模，推导出：

     其中，为未知导纳归一化的导纳参量。

而为铁氧体微带线的特性导纳。 

当时：当时：

参数：张量磁导率非对角分量除以对角分量。

KR：贝塞尔函数的解，R 为铁氧体半径， ， ，K 这些磁参数的具体数值是由铁氧体归一化磁矩和内磁场决定的[14-17]：

图 2-1  变化与直流磁场函数关系[26]

图 2-2 变化与直流磁场函数关系[26]

式中，为铁氧体饱和磁化强度，，为铁氧体内部、外部磁化场，是磁化场方向的退磁因子，铁氧体半径与外加磁场是两个重要设计参数，起到关键作用，是选择优化的重点对象。因此结环行器的理论在工作中适用性范围较广，并且有实际作用，具有较为广泛的意义。文献综述

2。3 Y 结环行器工作原理

谐振效应是 Y 型结环行器的基本工作原理[27]，其位于中心圆盘结构中。下面对 Y 结环行器的环行原理进行全方位的分析[18-21]。

图 2-3 Y 型环行器导带中心结[24]

上图为 Y 型环行器的中心导体结示意图，当信号输入时，铁氧体圆盘成为一个介质谐振腔；然而当没有加上偏置磁场的时候，该腔产生一个具有变化的最低谐振单模。当加上偏置磁场时，这个单模变为两个谐振模式，然而频率略有差异。由此来选择工作频率：在输出端这两个模式重叠相加，隔离端彼此相消。

  将一片铁氧体圆片放于一侧，假定铁氧体圆片的半径与 Y 形中心导体圆结的半径相等。假定耦合角，R是铁氧体圆片的半径，中心结与三个端口的微带线中央导体是断开的，即可以认为中心结的边缘上沿径向，不会有电流通过，从而在圆结边界上不能存在磁场的的分量，而三个端口上的边界条件依据环行原理可确定成下列形式：

具有下列形式：

由此推导出：

有以上三式立即可解得：

将和代入，即可求出总电场：

当没有外加偏磁场时，能量从1端口输入，电磁在2端口和3端口是等分并且电场方向方向相反。如下图[22]。